基于网络药理学探究金果胃康胶囊治疗慢性萎缩性胃炎和胃上皮内瘤变的分子机制.pdf

网络药理学研究基于网络药理学探究金果胃康胶囊治疗慢性萎缩性胃炎和胃上皮内瘤变的分子机制王 医宋 健孟凯强郝 镜沈舒文林先佳赵唯含景 琛(.陕西中医药大学第一临床医学院陕西 咸阳.陕西中医药大学附属医院陕西 咸阳)摘要 目目的的 运用网络药理学和分子对接方法研究自拟复方金果胃康胶囊治疗胃炎 癌转化中慢性萎缩性胃炎()及胃上皮内瘤变()阶段的潜在活性成分及作用机制 方方法法 通过 数据库、数据库及上海有机所化学数据库经文献整理筛选金果胃康胶囊的活性化学成分并通过 数据库检索各成分并预测靶点 借助、数据库获取 及 靶点 利用 数据库结合 软件绘制“靶点 疾病”网络和蛋白互作网络()采用 平台进行、富集分析获得金果胃康胶囊治疗 及 的潜在作用通路利用 .构建成分 靶点 通路图 运用 软件等工具进行核心靶蛋白与重要化合物的分子对接验证 结结果果 金果胃康胶囊中含有 个活性成分作用靶点共 个 金果胃康胶囊治疗 和 的共有核心成分为山奈酚、槲皮素、木犀草素等共有核心靶点为、等在慢性萎缩性胃炎及胃上皮内瘤变中共有通路为癌症通路、蛋白多糖肿瘤通路等 分子对接结果表明重要化合物与核心靶蛋白对接均有较强的结合能力 结结论论 金果胃康胶囊治疗、具有中药复方多成分 多靶点 多通路的特点为金果胃康胶囊的临床应用提供了初步的理论基础关键词 金果胃康胶囊网络药理学分子对接慢性萎缩性胃炎胃上皮内瘤变:./.中图分类号.文献标识码 文章编号 ()通信作者 宋健 :.基金项目国家自然科学基金青年科学基金项目()国家中医药管理局全国名老中医药专家传承工作室建设项目(国中医药人教发 号)慢性萎缩性胃炎()是临床常见的消化系统疾病其主要病理特征是胃黏膜固有腺体萎缩常与肠上皮化生()和胃上皮内瘤变()合并 已获广泛认可的胃癌的进展模式为:正常胃黏膜慢性胃炎萎缩性胃炎肠上皮化生低级别上皮内瘤变高级别上皮内瘤变胃癌 因此积极治疗 和 是防治胃癌发生的重要策略在长期的临床实践中国家级名老中医沈舒文教授根据胃癌前病变的证候创造性地提出“毒瘀交阻胃络”为胃癌前病变的核心病机 自拟方金果胃康胶囊由半枝莲、朱砂七、太子参、枸橘组成治疗胃癌前病变疗效确切、使用安全 本课题组前期对金果胃康胶囊进行实验研究发现金果胃康胶囊可能通过调控 /信号通路从而促进细胞自噬起到保护胃黏膜且治疗胃癌前病变的作用但目前只局限于某一通路或者某一靶点研究金果胃康胶囊治疗胃癌前病变的机制这与通过多靶点、多通路调节疾病的中药复方机制不符符合中医药传统理论特点并基于系统药理学的网络药理学通过整体、系统地观察药物为研究中药方剂复杂化学体系与病证复杂生物系统的相互作用提供了新的视角和思路 因此本研究借助网络药理学相关数据库拟开展关于金果胃康胶囊治疗胃癌前病变的基础性研究旨在探讨金果胃康胶囊在胃炎 癌转化 及 阶段的潜在活性成分及作用机制探究金果胃康胶囊在胃癌前病变的分现代中西医结合杂志 ()子通路为其基础研究提供依据 资料与方法 金果胃康胶囊活性化学成分的收集金果胃康胶囊由半枝莲、太子参、朱砂七、枸橘组成借助中药系统药理学数据库与分析平台(:/./.)、中药综合数据库(:/./)、上海有机所化学数据库及文献检索“半枝莲”“太子参”“黄药子”“枸橘”得到中药化学成分信息 在 数据库中参照文献将相关参数设置为:口服生物利用度()及类药性().收集符合条件的活性成分并将多个数据库收集的活性成分进行合并去除重复 金果胃康胶囊活性成分靶点的预测通过 数据库(:/./)、化源网(:/./)及查阅文献获得活性成分的化学结构将其保存为 格式并导入 数据库(:/./)中限定研究对象为人类()进行潜在靶点预测借助 数据库(:/.)对化合物预测靶点名称进行统一规范 疾病靶点的获取登陆在线人类孟德尔遗传数据库()(:/./)、数据库(:/./)分别以关键词“”“”检索 及 的相关蛋白并分别将各数据库获取的疾病相关蛋白合并去重 金果胃康胶囊成分 疾病靶点 网络构建为明晰金果胃康胶囊药物相关靶点与、靶点间的相互作用利用微生信平台(:/./)分别绘制金果胃康胶囊与、相关靶点韦恩图得到交集靶点 将交集靶点导入 .平台(:/./)蛋白种类设置为“”进行筛选构建蛋白 蛋白相互作用 网络模型 然后运用 .软件把 网络可视化并利用其内置 插件得出各节点度()值计算其中位数筛选出大于网络节点度值中位数的关键靶点 靶点 和 富集分析把金果胃康胶囊治疗作用对应的关键靶点基因导入 平台(:/./.)设置 .进行 和 富集分析 根据 值排序分别筛选前 项 通路和前 项 功能借助微生信平台(:/./)可视化分析 金果胃康胶囊成分 靶点 通路网络图的构建 获得交集靶点后对化合物进行反向筛选去除靶点中不含交集基因的化合物 将上述金果胃康胶囊的活性成分及其靶标预测结果、作用通路为节点在 表格中建立相互对应关系然后导入到 .软件构建金果胃康胶囊“化合物 靶标 通路”的网络药理图并通过 插件分析有效成分及靶点节点度()、中心度()、紧密度()等网络拓扑学参数判断金果胃康胶囊的重要化学成分核心靶蛋白 金果胃康胶囊中药成分与重要靶点分子对接验证 将.项下筛选出的靶点中 值排名前五的靶点与.项下筛选出的靶点中 值排名前五的靶点取交集将所得靶点作为受体将.项下筛选出的主要成分作为配体进行分子对接 对接使用的蛋白晶体结构从 (:/.)数据库中下载获得小分子的 结构从 数据库下载获得并在 力场下进行能量最小化 使用 .去除所有受体水分子、盐离子和小分子 使用 基于晶体配体的位置定义对接盒子的中心并使对接盒子包裹蛋白活性位点 此外使用 .(:/./)将所有处理好后的小分子以及受体蛋白转换为 .对接必需的 格式 最后采用 .软件进行分子对接工作对接时全局搜索的详尽度设为 其余参数保持默认设置 最后利用 .对对接结果进行可视化分析 结 果 金果胃康胶囊活性化学成分的收集及靶点预测结果 从 数据库中共收集到半枝莲 个成分、太子参 个化学成分、朱砂七 个化学成分由于目前国内外对枸橘的成分研究较少因此通过确认、校正从 数据库及上海有机所化学数据库中检索得到的成分并且补充文献报道 次以上的成分共得到枸橘 个化合物 由于 数据库中未收录枸橘因此不采用常规的成分筛现代中西医结合杂志 ()选指标、保留全部成分 结果见表 中药活性成分靶点与、相关蛋白的预表 金果胃康胶囊主要成分药物 编号活性成分半枝莲()二羟基 (羟基苯基)苯并吡喃 酮()()三羟基 甲氧基黄酮()三羟基 甲氧基黄酮()羟基 二甲氧基 (甲氧基苯基)色酮()羟基 二甲氧基 苯基 色酮()白杨素 甲酯()环 烯 醇()黄芩苷()油菜甾醇()菜籽甾醇()谷甾醇()半枝莲素()乙酸谷甾醇酯()醋酸豆甾醇()豆甾烷 三烯()豆甾醇()汉黄芩素()高车前素()乙基 胆甾 烯 酮()黄芩素()羟基炔嗪()鼠尾草素()鼠李糖苷()谷再醇()圣草酚()西托糖苷()木犀草素()羟基 二甲氧基黄酮()槲皮素()枸橘橙皮苷()新橙皮苷()柚皮苷()辛弗林()佛手内酯()柠檬烯()大跟香叶烯()欧前胡素()异欧前胡素()柠檬苦素()柚皮芸香苷()枳属苷()律草烯()石竹烯()月桂烯()松油烯()蒎烯()金合欢烯()现代中西医结合杂志 ()续表药物 编号活性成分太子参角鲨烯()刺槐素()蒙花苷()谷甾醇()木犀草素()蒲公英萜醇()仙人掌甾醇()亚油酸甘油酯()朱砂七熊竹素()谷甾醇()山柰酚()豆甾醇()薯蓣皂苷配基()黄药子萜()三甲氧基槲皮素()黄药子萜()黄药子萜()黄药子萜()黄药子萜()槲皮素()延龄草甙元()()儿茶素()()表儿茶素 测结果 从 数据库收集作用靶点以 值为筛选条件收集金果胃康胶囊作用靶点共 个 从、数据库获得 疾病靶标 个获得 疾病靶标 个 利用韦恩图获得金果胃康胶囊与 的交集靶点 个与 交集靶点 个见图 随着胃炎 癌转化进程对应的靶点数量增加 金果胃康胶囊成分 疾病靶点网络将图 金果胃康胶囊 、韦恩图金果胃康胶囊与、的交集靶点分别导入.数据库进行 网络分析得到蛋白互作网络图去除游离靶点利用 .软件将 网络可视化如图、图 所示图中节点面积越大、颜色越深表明其对疾病的影响越大 网络包括 个靶蛋白节点共有 条边边代表蛋白与蛋白之间的相互作用 由网络拓扑学数据可知化合物的中位度数为 筛选出度值 的关键靶点推测丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶()、肿瘤坏死因子()、表皮生长因子受体()、胱天蛋白酶()、基质金属蛋白酶()可能是金果胃康胶囊治疗 的重要靶点现代中西医结合杂志 ()网络包含 个靶蛋白节点共有 条边由网络拓扑学结构数据可知化合物的中位度数为筛选出度值 的关键靶点推测雌激素受体()、可能是金果胃康胶囊治疗 的重要靶点 金果胃康胶囊治疗、的共有靶点 个如、前列腺素内过氧化物合酶()、靶点和富集分析运用图 金果胃康胶囊 靶点 网络图 金果胃康胶囊 靶点 网络现代中西医结合杂志 ()数据平台对关键靶点进行信号通路分析根据 功能注释按 值大小筛选前出 条注释借助微生信平台绘制气泡图根据 功能分析筛选前 条注释绘制条形图如图 所示 通路富集分析显示 及 共有通路 条例如癌症通路()、蛋白多糖肿瘤通路()、磷脂酰肌醇 激酶/蛋白激酶信号通路()、内分泌抵抗()、人巨细胞感染()、微小核糖核酸肿瘤通路()等 及 共同参与的生物学过程为蛋白磷酸化()、激酶活性的调节()、细胞迁移正向调节()等 随着疾病的进展金果胃康胶囊在胃炎 癌转化过程中涉及的生物学过程明显增加且金果胃康胶囊参与治疗疾病的通路增加 金果胃康胶囊成分 靶点 通路网络图 借现代中西医结合杂志 ()注:分析:分析:分析:分析图 金果胃康胶囊主要成分潜在靶点的富集分析助 .构建金果胃康胶囊成分 靶点 通路网络图如图 所示通过 插件对图 进行网络拓扑分析获得核心成分及核心作用靶点 金果胃康胶囊治疗、的共同活性成分多达 种其中山奈酚()、槲皮素()、木犀草素()等为主要成分见表 金果胃康胶囊对、的共同作用靶点有 个其中、等为主要靶点见表 图 表明半枝莲、朱砂七包含作用于 及 阶段的癌症通路及蛋白多糖肿瘤通路中的单体和化合物多表明两味中药尤其是半枝莲的增减可能对金果胃康胶囊的有效性影响较大可为之后的临床现代中西医结合杂志 ()用药提供参考 如表 所示在 及 阶段金果胃康胶囊的核心通路均为癌症通路、蛋白多糖肿瘤通路及人巨细胞病毒感染等与根据 值筛选的 所得 及 相关通路结果相似随着疾病的进展 值增加表明金果胃康胶囊对疾病的影响增加表 金果胃康胶囊主要活性成分网络节点特征参数.表 金果胃康胶囊主要活性成分靶点网络节点特征参数.表 金果胃康胶囊主要活性成分通路网络节点特征参数 .分子对接验证对接模拟技术是探究小分子与目标靶点相互作用的便捷有效手段 通过筛选在 阶段将、分别与、柠檬苦素()、对接在 阶段将 与、羟基 二甲氧基 (甲氧基苯基)色原酮 ()对接 如图 所示 通过现代中西医结合杂志 ()注:通路网络图:通路网络图图 金果胃康胶囊成分 疾病靶点 通路网络图 平台获取对接靶点的 :(:)、(:)部分靶标蛋白对接分数平均值见表 使用 .软件对化合物与各个目标蛋白进行对接研究 如表所示结合亲和力为负数表示存在结合的可能通常数值小于 /被认为结合可能性较大 如表 所示可知所有分子与靶蛋白的结合亲和力都低于 /意味着它们之间结合效果较好现代中西医结合杂志 ()、以及 结合能在 ./以下 分子对接结果表明山奈酚、槲皮素、柠檬苦素、木犀草素可能是金果胃康胶囊治疗 过程中发挥疗效的关键成分山奈酚、槲皮素、木犀草素、羟基 二甲氧基 (甲氧基苯基)色原酮可能是金果胃康胶囊治疗 的关键成分 分子对接结果可以为今后进一步开展复方研究提供数据支撑 讨 论表 部分靶标蛋白对接分数平均值/(/).().胃癌的发病率和病死率居世界恶性肿瘤的第 位对人类健康构成严重威胁 胃癌前病变演变至胃癌需要相对较长的时间因此如果能对胃癌前病变进行有效的干预胃癌的发生率与病死率将会大大降低 目前临床尚无治疗胃癌前病变的特异性药物而中医药以其个体化治疗对胃癌前病变效果显著 胃癌前病变属中医胃痞、胃脘痛等病证范畴 沈舒文教授认为“毒瘀交阻气阴两虚”为本病的常见证候之一自拟复方金果胃康胶囊具有散热解毒、化瘀益气的功效 方中君药枸橘长于理气散结其性辛苦善治胃胀胃痛有研究表明枸橘中所含的枸橘苷对胃癌细胞有抑制作用 半枝莲作为臣药具有清热解毒、活血化瘀的功效主要针对胃络瘀血 臣药朱砂七又名黄药子性苦寒具有清热解毒、散瘀止痛的功效可增强本方治胃痛的效果金果胃康胶囊治疗 的有效成分与治疗 的有效成分多有重合随着疾病的进展治疗 的有效成分增多且增多部分的有效成分主要来自半枝莲 提示在临床应用上在 阶段的患者半枝莲用量可适当增加 金果胃康胶囊治疗 及 的有效成分主要是山柰酚、槲皮素、木犀草素属黄酮类化合物 现代药理学研究表明黄酮类化合物具有抗癌、抗氧化、抗炎、抗肿瘤等药理活性该化合物将在药品开发领域具有广阔应用前景 有研究发现随着山奈酚干预浓度的升高胃癌细胞中 基因表达水平显著提高 表达水平逐渐降低胃癌细胞凋亡数目逐渐增加从而抑制胃癌细胞的增殖 同时通过抑制细胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶(/)通路、通路山柰酚可诱导胃癌细胞凋亡但对正常的胃细胞无显著影响 同属黄酮类化合物的槲皮素能使胃上皮 细胞免受氧化损伤从而发挥胃保护作用 任虹等研究发现槲皮素可通过作用于表皮生长因子受体抑制肿瘤细胞基质金属蛋白酶()和 的分泌从而抑制肿瘤细胞侵袭 耿威等研究发现槲皮素可通过激活 蛋白的表达来抑制胃癌细胞增殖和侵袭 有研究发现木犀草素主要是通过/等信号通路抑制胃癌细胞的形成及促进胃癌细胞的凋亡 陆雪莹等通过实验研究发现木犀草素可以调节免疫功能同时下调生长因子()和 的表达对胃癌移植瘤起抑制作用 在 及 阶段山柰酚及槲皮素对应的靶点最多二者主要来源于朱砂七及半枝莲分子对接结果表明山柰酚、槲皮素与主要靶点、结合性强所以预测二者为本方治疗、的主要作用成分通过.项及.项的筛选发现金果胃康胶囊治疗 的靶点是、治疗 的靶点是、随着疾病的进展金果胃康胶囊治疗 的靶点明显增加表明金果胃康胶囊可能对 的治疗效果更好 表皮生长因子()对胃黏膜具有保护作用研究发现代中西医结合杂志 ()注:基于对接获得的小分子 蛋白结合模式图中青色 为小分子蓝色 为蛋白绿色虚线表示 共轭作用蓝色线表示氢键作用灰色虚线表示疏水作用:():图 金果胃康胶囊部分核心化合物分子对接模式现胃长期炎症状态可使其受体 过表达一旦 与 结合细胞异常分裂导致肠化、异型增生、胃癌所以目前认为 的发展与 的过表达相关 属受体络氨酸激酶()家族在胃腺癌中可呈现出不同程度的表达亦有实验显示 抑制剂可以抑制肿瘤细胞的生长 作为 和 蛋白的下游抗凋亡蛋白 和 其异常表达可导致恶性肿瘤的发生、发展而这一过程是通过二聚化后的 刺激 蛋白导致磷酸化级联反应实现 与 可通过/信号通路联结共同发挥抑制肿瘤发生、发展的作用 是一种多功能细胞因子其功能的多态性可明显增加胃癌或者慢性萎缩性胃炎的发生风险 已有研究表明胃恶性肿瘤患者血清 浓度较正常人群高 在胃癌组织中 的转录会明显增加 有研究发现细胞外基质降解和肿瘤细胞基膜的突破是肿瘤浸润转移的主要原因而 是细胞外基质降解中最关键 的蛋白水解酶所以 与肿瘤形成密切相关通过 功能富集分析可知金果胃康胶囊主要是通过酶活性的调节、蛋白磷酸化、细胞迁移正向调节等生物过程生物调节、新陈代谢、繁殖过程等生物学模式来治疗 及 且金果胃康胶囊治疗 及 阶段的生物过程、信号通路也极为相似推断金果胃康胶囊治疗 及 阶段的作用机制相似 在 及 阶段 信号通路分析主要富集通路为癌症通路、蛋白多糖肿瘤通路、内分泌抵抗、信号通路、人巨细胞感染等 其中以癌症通路及蛋白多糖肿瘤通路与相关靶点的关系最为密切由此可推测金果胃康胶囊可能现代中西医结合杂志 ()主要通过以上 条通路发挥治疗作用 此外 信号通路为细胞内信号传导途径活化后可以抑制多种刺激从而诱发胃癌细胞凋亡促进细胞周期进展、血管生成和转移 徐江江等通过实验得出异常激活/信号通路可能导致其在胃癌干细胞中的高表达进而引起胃癌的发生有研究表明 信号通路与 的发生发展有着密切关系其作用机制为:上调 、等促炎因子表达水平加重炎症反应进一步损伤胃黏膜致使胃炎癌转化 而金果胃康胶囊发挥作用的内分泌抵抗途径则是由作为人体最大内分泌器官的消化系统实现的 胃肠激素调控胃肠道功能是通过内分泌途径及腔分泌等途径实现的 大量的实验研究表明胃泌素能显著促进胃肠道黏膜细胞和某些恶性肿瘤细胞的生长 已有研究证明人巨细胞病毒 在胃癌组织中的阳性率明显高于癌旁健康组织 后续关于金果胃康胶囊治疗胃癌前病变的研究可重点围绕人巨细胞病毒感染展开综上 与 均属胃癌前病变 是 进一步发展且 往往伴有 随着疾病的进展金果胃康胶囊治疗 的靶点及有效成分显著多于 阶段提示金果胃康胶囊治疗 优于 增多部分的有效成分主要来自于半枝莲及朱砂七提示在临床应用上随着疾病的进展可适量增加半枝莲及朱砂七的用量 根据网络药理学筛选结果提示在 与 阶段金果胃康胶囊发挥治疗作用的主要成分、作用靶点及作用通路较为相似说明金果胃康胶囊作用于、的作用机制相似 金果胃康胶囊治疗、的可能机制是:通过下调、水平下调促炎因子 的水平抑制 炎性因子的表达抑制 的过表达从而减少炎症对胃黏膜的刺激和抑制肿瘤细胞的生长、增殖抑制癌症通路、蛋白多糖肿瘤通路并且抑制 信号通路过度激活来抑制下游抗凋亡蛋白 和 的表达抑制恶性肿瘤的发生、发展 本研究从网络药理学角度所发现的金果胃康胶囊相关通路及靶点可为该方今后的探讨提供理论支撑但需要后续相关实验验证利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突参考文献 .():.沈舒文宇文亚汶明奇等.金果胃康胶囊治疗胃癌前病变的临床观察.中医药学刊():.谢晓妹.金果胃康胶囊对萎缩性胃炎癌前病变大鼠/信号通路的研究.西安:陕西中医药大学.:.():.李梢.基于生物网络调控的方剂研究模式与实践.中西医结合学报():.李梢.网络靶标:中药方剂网络药理学研究的一个切入点.中国中药杂志():.:.胡源祥陈海芳宋玉鹏等.法测定酸橙枳壳和枸橘枳壳中黄酮苷的含量.药物分析杂志():.谭润雅雷鹏周政等.法同时测定枸橘中欧前胡素和异欧前胡素的含量.中药新药与临床药理():.潘馨梁鸣.绿衣枳实挥发油的 分析.中药新药与临床药理():.宋玉鹏胡源祥陈海芳等.对枳实和枳壳药用品种变迁的思考.江西中医药大学学报():.():.():.():.魏玮杨洋史海霞.慢性萎缩性胃炎中医诊疗现状、挑战及展望.中国中西医结合杂志():.张韡李忠.枸橘苷对胃癌细胞抑制作用及其机制研究.中国病理生理杂志():.何佳珂于洋陈西敬等.黄酮类化合物的药物代谢研究进展.中国中药杂志():现代中西医结合杂志 ().延玺刘会青邹永青等.黄酮类化合物生理活性及合成研究进展.有机化学():.王丽君戴志升.山奈酚对胃癌细胞 以及 基因表达的影响研究.基因组学与应用生物学():.:.():.:.任虹张乃元田文静等.源于果蔬的黄酮类化合物及其抗肿瘤作用靶点研究进展.食品科学():.耿威仉慧颖李林等.槲皮素对胃癌细胞增殖及侵袭的调控作用及机制.中国老年学杂志():.():.陆雪莹李艳红肖向文等.木犀草素对人胃癌裸鼠移植瘤的抑制效应及其机制.中华医学杂志():.:.():.朱永苹杨秀静林寿宁.慢性萎缩性胃炎与表皮生长因子及其受体相关性的中医药研究概况.医学综述():.():.():.张红娜邹佳楠李昆等.基于网络药理学推测和分子生物学验证探讨半枝莲抗胰腺癌的活性成分及其作用机制.中草药():./.:.():.():.杨宁王恬惠起源.信号通路与胃癌的研究进展.现代肿瘤医学():.涂江江董翠梅陶利英等./信号通路在胃癌干细胞中的表达及意义.中外医学研究():.王佳慧郑洋王嘉孺等.基于 通路和基因网络对慢性萎缩性胃炎靶点基因的筛选.中国医药导报():.陆英杰连至诚.胃肠激素对胃肠动力的影响.免疫学杂志():.吴会超赵逵文国容等.胃泌素及丙谷胺对胃癌细胞株 增殖及 表达的影响.陕西医学杂志():.穆媛媛吴会超杨莹莹等.胃泌素及其受体拮抗剂对人胃癌细胞株 增殖及 表达的影响.肿瘤防治研究():.:.()():.():.收稿日期 现代中西医结合杂志 ()